高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討    摘要：以辦公樓設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，分析研究辦公建筑設(shè)計(jì)的特殊性。從建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面闡述辦公建筑設(shè)計(jì)的基本原理、重要原則和設(shè)計(jì)方法?？偨Y(jié)出辦公樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，滿(mǎn)足不斷演變的社會(huì)需求。 關(guān)鍵詞：高層建筑；辦公樓；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) Abstract: office design theory based on analysis of the particularity of the design of office buildings. Expounded the basic principles of the office bui

2、lding design, architectural design, structural design, the important principles and design methods. Summed up the office structure design concept, to meet the evolving needs of the community. Keywords: high-rise buildings; office; structural design 中圖分類(lèi)號(hào)：TU97文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 引言 高層辦公綜合樓建筑的主體結(jié)構(gòu)體系只有多樣性，迄

3、今為止主要有：框架、框粱剪力墻、剪力墻、筒體、筒中筒、束筒、筒框(筒體稀柱框架結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)稱(chēng))、帶支撐或帶剛臂(剛性加強(qiáng)層的簡(jiǎn)稱(chēng))的筒框、巨形支撐等等；一幢高層建筑的主體結(jié)構(gòu)可以由其中的某一個(gè)體系單獨(dú)構(gòu)成，也可以由其中的某一個(gè)總至三個(gè)體系按不同比例組合而成?，F(xiàn)將深入探討關(guān)于辦公樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為同行提供參考借鑒。 高層結(jié)構(gòu)的均勻?qū)ΨQ(chēng)布置 對(duì)于實(shí)際工程中理想的絕對(duì)均勻?qū)ΨQ(chēng)的高層建筑結(jié)構(gòu)幾乎是不存在的，但是結(jié)構(gòu)的均勻?qū)ΨQ(chēng)有利于結(jié)構(gòu)的抗震抗風(fēng)，有利于結(jié)構(gòu)在重力荷載下正常工作，它是一個(gè)好的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要標(biāo)志。 （1）結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性。結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性?xún)?nèi)含于建筑之中，它主要指的是高層建筑中抗側(cè)力的上體結(jié)構(gòu)

4、的對(duì)稱(chēng)。對(duì)稱(chēng)的建筑如平向?qū)ΨQ(chēng)的筒體框架結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)等，一般比較容易實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的利稱(chēng)性。對(duì)于不對(duì)稱(chēng)的建筑如平面形狀復(fù)雜的L型、T型等高層建筑，樓電梯間偏于平面一側(cè)或一角的高層建筑等，內(nèi)含結(jié)構(gòu)的基本對(duì)稱(chēng)仍是有可能實(shí)現(xiàn)的，這主要取決于結(jié)構(gòu)工程師結(jié)合建筑平面的功能和需要進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)布。如筒體、剪力墻的合理布置，可以設(shè)法調(diào)整結(jié)構(gòu)的剛心與建筑物質(zhì)心、平面的形心盡量接近，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的基本對(duì)成。 對(duì)于結(jié)構(gòu)的較大不對(duì)稱(chēng)，將引起結(jié)構(gòu)在水平側(cè)力作用下產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)變形，不利于結(jié)構(gòu)抗側(cè)力，不利于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件如填充墻的正常工作，同時(shí)要招致結(jié)構(gòu)耗材、成本的較大增加。所以高層建

5、筑的主體結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性十分重要，要注意不可能條件下盡量予以滿(mǎn)足，這點(diǎn)在建筑平而布置中尤需特別加以注意。 （2）結(jié)構(gòu)的均勻性。從工程實(shí)踐表明，對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)的均勻性書(shū)要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：高層建筑主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)兩個(gè)主軸方向的剛度比較接近、變形特性比較相近：這是因?yàn)閷?shí)際的高層建筑結(jié)構(gòu)都是三維空間的，實(shí)際的地震荷載、風(fēng)荷載具有任意的方向性；高層建筑主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)兩個(gè)主軸方向的剛度比較均勻，就能具有比較良好的抗震抗風(fēng)性能。高層建筑主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)沿豎向斷面、構(gòu)成變化比較均勻、不要突變。這里主要是指主體結(jié)構(gòu)的層剪切剛度不要突變。這種均勻的高層建筑結(jié)構(gòu)可以避免因薄弱層的破壞而引起的結(jié)構(gòu)整體破壞，尤以強(qiáng)震區(qū)的高

6、層建筑結(jié)構(gòu)需特別注意。 另外高層建筑主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平而布置，應(yīng)注意同一主軸方向各片抗側(cè)力結(jié)構(gòu)剛度盡量均勻，應(yīng)避免在主體結(jié)構(gòu)的布置中設(shè)置某一、二片剛度特別大而延性較差的結(jié)構(gòu)，如長(zhǎng)窄的實(shí)體剪力墻。此時(shí)，即使結(jié)構(gòu)仍滿(mǎn)足對(duì)稱(chēng)性和剛度的要求、但由于個(gè)別結(jié)構(gòu)剛度巨大，地震發(fā)生時(shí)，將首先吸收極大的能量，應(yīng)力特別集中，而容易首先招致破壞，從而引起整體結(jié)構(gòu)的破壞。同一主軸方向的各片抗側(cè)力結(jié)構(gòu)剛度均勻，水平荷載作用下應(yīng)力分布將比較均勻，有利于結(jié)構(gòu)抗震延件的實(shí)現(xiàn)。 （3）高層建筑主體抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置還應(yīng)注意中央核心與周邊結(jié)構(gòu)的剛度協(xié)調(diào)均勻，保證主體結(jié)構(gòu)具有較好的抗扭剛度，以避免高層建筑物在地震或風(fēng)的扭矩作用下

7、產(chǎn)生過(guò)大的扭轉(zhuǎn)變形而引起結(jié)構(gòu)或非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞。這是因?yàn)閷?shí)際的建筑平面變化無(wú)窮，特別是相鄰未來(lái)建筑的影響，即使自身對(duì)稱(chēng)的建筑，風(fēng)荷載仍會(huì)產(chǎn)生較大的扭矩，有時(shí)將超出設(shè)計(jì)控制的范圍。 （4）對(duì)于豎向構(gòu)件的布置。應(yīng)盡量使豎向構(gòu)件在垂直荷載作用下的壓應(yīng)力水平接近均勻，以避免豎向構(gòu)件之間壓應(yīng)力的二次轉(zhuǎn)移。這點(diǎn)同樣可以應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)汁，要注意使基礎(chǔ)反力水平接近、剛度均勻。當(dāng)然豎向構(gòu)件在垂直荷載下壓應(yīng)力水平(即軸壓比：豎向構(gòu)件組合設(shè)計(jì)壓應(yīng)力與該構(gòu)件截面混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度之比)絕對(duì)的一致是不可能的，但是豎向構(gòu)件在垂直荷載下壓應(yīng)力水平就已經(jīng)有較大差異的高層結(jié)構(gòu)顯然是不合理的。因?yàn)閴簯?yīng)力的二次轉(zhuǎn)移是以樓屋蓋梁板變形協(xié)調(diào)

8、傳遞為代價(jià)的，勢(shì)必要使樓屋蓋梁板產(chǎn)生一定的附加二次內(nèi)應(yīng)力從而增加其用鋼量和斷面，造成材料的浪費(fèi)和造價(jià)的增加。同時(shí)要指出的是，垂直荷載下豎向構(gòu)件壓應(yīng)力水平的調(diào)整協(xié)調(diào)十分復(fù)雜，它取決于整體結(jié)構(gòu)的實(shí)際施工構(gòu)成過(guò)程，實(shí)際的垂直荷載作用的時(shí)間、混凝土材料的徐變、收縮特性等，影響十分復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)很難事先予以準(zhǔn)確的控制；因此到目前為止，尚無(wú)較好的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)復(fù)雜過(guò)程的準(zhǔn)確計(jì)算反映。這反過(guò)來(lái)又極易給結(jié)構(gòu)造成內(nèi)在的隱患。所以對(duì)于垂直荷載下豎向構(gòu)件壓應(yīng)力水平接近均勻是最合理優(yōu)化的結(jié)構(gòu)選擇；實(shí)際的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該也是不難能夠?qū)崿F(xiàn)它的。 高層辦公綜合建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性 3.1主體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換 對(duì)于下部商業(yè)空間、上部

9、住宅公寓的綜合樓，下部商業(yè)空間通常希望采用比較規(guī)則的大柱網(wǎng)框架體系，上部住宅公寓為避免室內(nèi)出現(xiàn)較大的柱子利于防火、防盜、隔音，改善使用條件，又通常希望采用大開(kāi)間的剪力墻體系。這二種體系的結(jié)合，必然要產(chǎn)生左體結(jié)構(gòu)由上部剪力墻結(jié)構(gòu)到下部筒體框架或框架剪力墻結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換。 對(duì)于上部酒店客房下部大堂、商務(wù)、會(huì)議、健身、商業(yè)等的綜合樓，下部建筑空間，通常希望采用規(guī)則的大柱網(wǎng)框架體系，上部酒店客房通常希望小柱網(wǎng)、薄壁柱，以減小房間內(nèi)柱子尺寸，便利于客房室內(nèi)布置，提高客房的使用標(biāo)準(zhǔn)，客房?jī)?nèi)也通常希望避免布置梁格，可提高室內(nèi)凈高，避免吊頂、改善室內(nèi)空間。這二種體系的結(jié)合，必然要產(chǎn)生主體結(jié)構(gòu)中上部小柱網(wǎng)、薄壁柱到

10、下部大柱網(wǎng)的轉(zhuǎn)換。從國(guó)內(nèi)外這種主體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換已有大量成功的工程實(shí)例，事實(shí)證明，這些必要的轉(zhuǎn)換不僅具備建筑的合理性也具備結(jié)構(gòu)的可行性，關(guān)鍵在于建筑師、結(jié)構(gòu)工程師密切的配合和精心的設(shè)計(jì)。 3.2結(jié)構(gòu)空間的滲透 由于建筑造型和建筑功能的需要，某些高層辦公樓、高層酒店建筑中，有時(shí)需要設(shè)置幾層高、甚至通高的共享空間，有時(shí)需要局部設(shè)有幾層通高的綠化空間，相應(yīng)部分的樓蓋被抽空，通常高層建筑結(jié)構(gòu)中基本常用的設(shè)計(jì)假定剛性樓蓋假定難以實(shí)現(xiàn)，甚至使部分結(jié)構(gòu)形成長(zhǎng)、短柱，結(jié)構(gòu)受力比較復(fù)雜。 辦公樓結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)形式 對(duì)于辦公樓采取現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)情況時(shí)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一般適宜設(shè)汁成剛性連續(xù)節(jié)點(diǎn)，即節(jié)點(diǎn)具有轉(zhuǎn)功的約束，此時(shí)

11、施工簡(jiǎn)便，結(jié)構(gòu)整休性好；同時(shí)結(jié)構(gòu)各部分構(gòu)件受力較均勻，有利于充分發(fā)揮所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗側(cè)力作用從而提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)或鋼很凝土組合結(jié)構(gòu)，則其水平構(gòu)件、文撐構(gòu)件與柱、墻之間的連接一般適宜設(shè)計(jì)成鉸節(jié)點(diǎn)，即節(jié)點(diǎn)僅能傳遞剪力，具有平動(dòng)約束，而無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)約束。此時(shí)的節(jié)點(diǎn)一般由梁腹板與柱節(jié)點(diǎn)外伸連接板螺栓連接或焊接構(gòu)成，施工快捷簡(jiǎn)便，節(jié)省工地勞動(dòng)力，這在勞動(dòng)力昂貴的西方發(fā)達(dá)國(guó)家尤其適用：此時(shí)梁可按簡(jiǎn)支設(shè)計(jì)，支撐可按軸心受力構(gòu)體設(shè)計(jì)，受力十分明確。但是相對(duì)來(lái)說(shuō)，此時(shí)結(jié)構(gòu)的整體抗側(cè)剛度相比連續(xù)節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)整體剛度要有所減弱，而且需要有專(zhuān)門(mén)的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系如支撐、抗彎框架等來(lái)構(gòu)成結(jié)構(gòu)的整體抗側(cè)剛度，以保證結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力工作以及結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。 結(jié)語(yǔ) 高層辦公綜合樓建筑結(jié)構(gòu)的多樣性發(fā)展，為建筑師、結(jié)構(gòu)工程師對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)體系、材料、構(gòu)造的優(yōu)化選擇提供了可能。建筑師從事高層辦公綜合樓建筑設(shè)計(jì)時(shí)，思路要開(kāi)闊、概念要清楚，選取適合具體工程命題的結(jié)構(gòu)體系、形式、材料、構(gòu)造的選擇并不具有唯一性，而是可以從多種選擇中作出抉擇。結(jié)構(gòu)工程師從事高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，同樣應(yīng)該理解、支